(57)【要約】【課題】円滑なパルス補間値演算と迅速なロック判断とを両立させ、低速域でのロック検出精度の向上を図る。【解決手段】ＰＷＭ制御モータの制御システムにて、最新のモータ回転パルス信号の経過時間を検出する最新パルス信号経過時間検出手段１１と、最新パルス信号と前々回のパルス信号の時間長を比較するパルス比較部１２と、最新パルス信号の経過時間が前々回のパルス信号の時間長を超えている場合は、最新パルス信号経過時間と直前パルス信号時間長との平均値を算出するパルス平均値算出部１３とを設ける。最新パルス信号経過時間の比較対象信号として、モータロック時に直前パルス信号よりも時間長が短くなる前々回のパルス信号を使用してパルス平均値を算出し、より早いタイミングで補間値演算に入る。ロック検出精度が向上し、ロック時の電流制限タイミングを遅らせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、
前記パルス信号のうち最新に入力された最新パルス信号の経過時間を検出する最新パルス信号経過時間検出手段と、
前記最新パルス信号の経過時間と、前記パルス信号のうち前記最新パルス信号の前々回に出力されたパルス信号の時間長とを比較するパルス比較手段と、
前記最新パルス信号の経過時間が、前記前々回のパルス信号の時間長を超えている場合は、前記最新パルス信号の経過時間と前記パルス信号のうち前記最新パルス信号の前回に出力された直前パルス信号の時間長との平均値を算出するパルス平均値算出手段とを有することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項２】
請求項１記載のモータ制御システムにおいて、前記パルス平均値算出手段は、前記最新パルス信号の経過時間が、前記前々回のパルス信号の時間長を超えていない場合は、前記前々回のパルス信号の時間長と前記直前パルス信号の時間長との平均値を算出することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項３】
請求項１又は記載のモータ制御システムにおいて、前記モータ制御システムはさらに、前記パルス信号の時間長を記憶する記憶手段を有することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータ制御システムはさらに、前記パルス平均値算出手段にて算出されたパルス平均値を用いて、前記モータに対し供給する電力を算出する供給電力算出手段を有することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータは、オン期間とオフ期間を備えたパルス状の波形を有する電圧が印加され、前記電圧のオン／オフ比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させて回転数が制御され、前記供給電力算出手段は、算出した電流値に基づいて前記オン／オフ比率を設定することを特徴とするモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のワイパシステム等に使用されるモータの制御技術に関し、特に、モータのロック検出時期の向上を図ったモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のワイパシステム等の駆動源として使用されている電磁モータでは、ロックによる過電流防止のため、種々のロック検出方式が用いられている。例えば、特許文献１のモータ制御装置では、パワーウインド用モータにおいて、モータ通電電流が所定の閾値を超えたとき、ロック状態と判断する方式が開示されている。ここでは、モータ通電電流値として、所定時間間隔でサンプリングした電流値の平均値が用いられ、これと予め設定されたロック検出用の閾値とを比較することによりロックの有無を判断している。
【０００３】
また、回転動作に連動してパルス信号が出力されるモータでは、出力される回転パルス（モータパルス）の周波数を用いてモータの速度制御やロック検出が行われる。この場合も、パルス周波数としては、所定個数のパルスによる移動平均値（パルス平均値）が使用され、この平均値が所定の閾値以下となったとき（パルス間隔が開き周波数が小さくなったとき）、モータロックと判断している。例えば、特許文献２のウインドガラスの挟持有無検出装置では、第１及び第２のサンプリング期間におけるモータＰＷＭ Duty比の各平均値の差分と閾値を比較し、それが閾値以上となったとき、ガラスにものが挟持された（モータロック）と判断する。
【０００４】
図６は、モータパルスに基づいて速度制御を行うモータ制御システムにおけるパルス平均値算出方式の一例を示す説明図、図７は、図６の方式におけるパルス平均値の算出結果を示す表である。図６に示すように、このようなモータでは、ロック直前などの低速回転時にはパルス間隔が長くなることから、パルス間隔の増大によって回転数の低下を検知し、回転数が所定値以下となった場合にロックと判断する。ところが、パルス間隔の増大に伴い、次のパルスが入力されるまでの時間が長くなるため、単にパルス間隔の長短によって回転数を検知していたのでは、回転数の変化をいち早く捉えることが難しい。特に、回転パルスを用いた制御システムでは、マグネットやセンサ等の構造的な理由に起因するパルスのバラツキを抑えるため、一般的に最低２個のパルスを平均して使用する。従って、次のパルスが入力されないと平均値が算出できず、その分、ロック判断も遅れてしまう。
【０００５】
このため、このような制御システムでは、ロック判断時期を早めるべく、次のような対策が採られている。すなわち、ここでは図６に示すように、直前のパルスＢ（間隔（ｂ））が入力された後、次のパルスが入ってくるまでの間に、直前のパルス間隔（ｂ）よりも長い時間が経過した場合には、経過時間（ｃ）を使って平均値を算出し、回転数検出を行う。例えば、図６に示すように、回転数検出を行う制御サイクルを２ｍｓとし、パルスＡが２ｍｓ、パルスＢが４ｍｓであった場合、パルスＣが入力されたものの、それが４ｍｓ以上継続している状態では、そのままパルスＣを待っていたのでは、ＢとＣの平均値は次のパルスＤが入力されないと算出できない。つまり、パルスＤが入力されるまで、各制御サイクルでは、平均値は（ａ＋ｂ）／２＝（２＋４）／２＝３ｍｓとされる。
【０００６】
これに対し、図６,７の方式では、パルスＣが入力されている間に、直前のパルス間隔（ｂ）よりも長い時間が経過した場合には、パルスＣの経過時間（ｃ）を用いて平均値を補間計算する。まず、パルスＣの経過時間（ｃ）が（ｂ）以下の場合には、図７に示すように、直前、前々回のパルスＡ,Ｂの間隔（ａ）（ｂ）を用いて、パルス各制御サイクルごとに（ａ＋ｂ）／２＝（２＋４）／２＝３ｍｓなる補間値を算出する。その後、パルスＣの経過時間（ｃ）が（ｂ）を超えた場合には、次の制御サイクルでは、パルスＢの間隔（ｂ）と直前の制御サイクルの経過時間（ｃ）＝（ｂ）を用いて、（ｂ＋ｂ）／２＝（４＋４）／２＝４ｍｓなる補間値を算出する。さらに、次の制御サイクルでは、パルスＢの間隔（ｂ）と直前の制御サイクルの経過時間（ｃ）を用いて、（ｂ＋ｃ）／２＝（４＋６）／２＝５ｍｓなる補間値を算出する。
【０００７】
このように、パルスＣの経過時間（ｃ）が（ｂ）を超えた場合に、実際の経過時間を用いて各制御サイクルごとにパルス間隔値を補間計算すると、図７に示すように、制御サイクル（６）にて回転数の変化を捉えることができる。これに対し、補間計算なしの場合には、制御サイクル（８）に至るまで回転数の低下は認識できない。従って、補間計算を行うことにより、２サイクル（ここでは４ｍｓ）分だけ早く回転数の低下を捉えることができ、より早くモータロックを検出することが可能となる。
【０００８】
また、図８のような予測処理と呼ばれる方式も知られている。この予測方式では、パルスが入力されている間、常に経過時間を用いて平均値を補間計算する。図８に示すように、ここでは、制御サイクル（５）の時点では（２＋４＋２）／２＝４、制御サイクル（６）では（２＋４＋２＋２）／２＝５、制御サイクル（７）では（２＋４＋２＋２＋２）／２＝６（下線部が経過時間）のように補間値が算出される。この場合は、図６,７の場合よりも早く、制御サイクル（５）の時点で回転数の変化を捉えることができる。
【特許文献１】特開平８−２５１９８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図８の予測処理では、図６,７の制御形態よりも回転数の変化を早く捉えられる一方で、制御サイクル（１４）（１５）時のように、補間値の大小が前後し、滑らかに数値が変化しないという問題がある。制御サイクル（１４）のような「はみ出し」が補間値に生じると、それに基づくロック判断にも影響が生じ、円滑なモータ駆動制御の妨げとなるおそれがある。一方、図６,７の制御形態では、「はみ出し」は生じないものの、図８の制御形態よりもロック判断が遅れ、「はみ出し」のない円滑な補間値演算と迅速なロック判断とを両立し得る制御形態が望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、円滑なパルス補間値演算と迅速なロック判断とを両立させ、低速域でのロック検出精度の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のモータ制御システムは、モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記パルス信号のうち最新に入力された最新パルス信号の経過時間を検出する最新パルス信号経過時間検出手段と、前記最新パルス信号の経過時間と、前記パルス信号のうち前記最新パルス信号の前々回に出力されたパルス信号の時間長とを比較するパルス比較手段と、前記最新パルス信号の経過時間が前記前々回のパルス信号の時間長を超えている場合は、前記最新パルス信号の経過時間と前記パルス信号のうち前記最新パルス信号の前回に出力された直前パルス信号の時間長との平均値を算出するパルス平均値算出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、最新パルス信号経過時間の比較対象信号として、前々回のパルス信号を使用する。モータ回転数が低下するモータロック時には、前々回のパルス信号と直前パルス信号とでは、時間的に後に出力される直前パルス信号の時間長の方が長くなる。従って、直前パルス信号を比較対象信号として使用する従来のシステムに比して、前々回のパルス信号と直前パルス信号の時間長差分だけ早いタイミングで補間値演算に入ることができる。また、最新パルス信号経過時間が前々回のパルス信号の時間長を超えた時点で補間値演算に入るので、予測処理と異なり、補間値が滑らかに増加し演算値の「はみ出し」も生じない。これにより、低速域でのロック検出精度を向上させることが可能となり、過負荷時動作のタフネス向上が図られる。
【００１３】
前記モータ制御システムにおいて、前記最新パルス信号の経過時間が前記前々回のパルス信号の時間長を超えていない場合は、前記パルス平均値算出手段は、前記前々回のパルス信号の時間長と前記直前パルス信号の時間長との平均値を算出するようにしても良い。
【００１４】
前記モータ制御システムにおいて、前記モータ制御システムに、前記パルス信号の時間長を記憶する記憶手段をさらに設けても良い。また、前記モータ制御システムに、前記パルス平均値算出手段にて算出されたパルス平均値を用いて、前記モータに対し供給する電力を算出する供給電力算出手段をさらに設けても良い。
【００１５】
前記モータ制御システムにおいて、前記モータに対し、オン期間とオフ期間を備えたパルス状の波形を有する電圧を印加し、前記電圧のオン／オフ比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させて回転数を制御する所謂ＰＷＭ制御を行い、前記供給電力算出手段によって、算出した電流値に基づいて前記オン／オフ比率を設定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のモータ制御システムによれば、モータの回転に従って出力されるパルス信号のうち最新に入力された最新パルス信号の経過時間を検出する最新パルス信号経過時間検出手段と、最新パルス信号の経過時間と、パルス信号のうち最新パルス信号の前々回に出力されたパルス信号の時間長とを比較するパルス比較手段と、最新パルス信号の経過時間が前々回のパルス信号の時間長を超えている場合は、最新パルス信号の経過時間とパルス信号のうち最新パルス信号の前回に出力された直前パルス信号の時間長との平均値を算出するパルス平均値算出手段とを設けたので、最新パルス信号経過時間の比較対象信号として、モータロック時に直前パルス信号よりも時間長が短くなる前々回のパルス信号を使用してパルス平均値を算出することができる。このため、直前パルス信号を比較対象信号として使用する従来のシステムに比して、前々回のパルス信号と直前パルス信号の時間長差分だけ早いタイミングで補間値演算に入ることができ、低速域でのモータ速度変化をより迅速に検出することが可能となる。従って、ロック時における電流制限開始タイミングを従来のシステムに比して遅らせることができ、過負荷状態に強い制御形態を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。モータ１は、自動車のワイパシステムの駆動源として使用され、バッテリ２から電源が供給される。モータ１は、ＣＰＵ３，パルス信号発生手段４及びＲＯＭ５を備えた図１のモータ制御システムによって駆動制御される。モータ１には、ホールＩＣを用いたパルス信号発生手段４が設けられている。パルス信号発生手段４からは、モータ１の回転に伴ってパルス信号（モータパルス）が出力されＣＰＵ３に送られる。ＣＰＵ３では、送られてきたパルス信号の周波数（モータ回転周波数）を算出し、その値からモータ１の回転数や回転状態が検出される。
【００１８】
ＣＰＵ３には、モータ回転周波数に基づいてモータ１をフィードバック制御するモータ駆動制御部（駆動制御手段）６が設けられている。モータ１に対しては、印加電圧のパルス幅のオン／オフ比率を変化させて駆動制御を行うＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）が実行され、電源電圧をオン／オフさせることにより印加電圧を実効的に変化させてモータ１への供給電流量を制御する。ＰＷＭ制御に際し、モータ駆動制御部６はパルス電圧のオン期間の時比率（Duty）を設定し、駆動出力回路７に制御信号を送出する。駆動出力回路７は、この制御信号を受けて、設定されたDutyのパルス電圧をモータ１に印加し、これによりモータ１の回転数が適宜制御される。
【００１９】
一方、ＣＰＵ３には、パルス信号発生手段４からのモータパルスを検出するパルス検出部８が設けられている。パルス検出部８はパルス信号発生手段４と接続されており、モータ１の回転に伴って、パルス信号発生手段４からパルス信号が入力される。パルス検出部８内には、個々のモータパルスの時間長（幅）を記憶する記憶手段９と、最新のパルスの経過時間（ｃ）を検出する最新パルス信号経過時間検出手段１１とが設けられている。記憶手段９には、最新パルスの前回のパルス（直前パルス）の時間長と、さらにその一つ前（前々回）のパルスの時間長が順次記憶される。最新パルス信号経過時間検出手段１１は、タイマを内蔵しており、最新のパルスが入力されて以来の経過時間を測定し、経過時間（ｃ）を検出する。
【００２０】
パルス検出部８の後段には、最新パルス信号経過時間検出手段１１にて検出された経過時間（ｃ）と、直前パルスの時間長とを比較するパルス比較部１２が設けられている。パルス比較部１２では両者の大小を比較し、その結果をパルス比較部（パルス比較手段）１２の後段に配されたパルス平均値算出部（パルス平均値算出手段）１３に送出する。パルス平均値算出部１３では、経過時間（ｃ）とそれ以前のパルス時間長との大小に基づいて平均化する対象値を選択し、それらの平均値を算出する。
【００２１】
パルス平均値算出部１３の後段には、算出したパルス平均値から、ＰＷＭ Duty値を算出する供給電力算出部（供給電力算出手段）１４が設けられている。供給電力算出部１４は、パルス平均値算出部１３からパルス平均値を取得し、ＲＯＭ５内に格納された制御マップ１５を参照してＰＷＭ Duty値を算出する。制御マップ１５には、通常制御用のＰＷＭ Duty値と共にロック時のMax. Duty値が格納されている。Max. Duty値は、ロック時の電流量を抑えるべく、マグネットの減磁防止やスイッチング素子の電流容量などの観点から設定されている。供給電力算出部１４は、パルス平均値に基づき、この制御マップ１５を参照してＰＷＭ Duty値を設定する。供給電力算出部１４は、求めたＰＷＭ Duty値をモータ駆動制御部６に送り、モータ駆動制御部６はDuty値を設定し、駆動出力回路７は設定されたDutyのパルス電圧をモータ１に印加する。
【００２２】
図２は、図１の制御システムにおける制御処理手順を示すフローチャートである。また、図３は、図２の制御処理におけるパルス平均値算出方式の一例を示す説明図である。図２の制御処理は、自動車のイグニッションキーがオンされると開始され、この例では２ｍｓの制御サイクルにて実行される。そこではまず、パルス信号発生手段４からのモータパルスに基づき、最新パルス信号経過時間検出手段１１によって最新パルス（図３のパルスＣ）から経過時間（ｃ）（図３参照）が検出される。また、ステップＳ２では、前々回のパルス（同パルスＡ）の時間長（ａ）が検出される。（ｃ）と（ａ）を取得した後、パルス比較部１２にて両者を比較する（ステップＳ３）。
【００２３】
（ｃ）と（ａ）を比較し、（ａ）が大きい場合、すなわち、図３,４の例で言えば、最新パルス経過時間（ｃ）が２ｍｓ以下の場合には、ステップＳ４に進み、直前パルスＢの時間長（ｂ）と前々回のパルスＡの時間長（ａ）との平均値（（ｂ＋ａ）／２）がパルス平均値算出部１３にて演算される。これに対し、（ｃ）が大きい場合、すなわち、最新パルス経過時間（ｃ）が２ｍｓを超えた場合には、ステップＳ５に進み、最新パルス経過時間（ｃ）と直前パルスＢの時間長（ｂ）との平均値（（ｂ＋ｃ）／２）が演算される。このようにして演算を行った結果が図４の表である。
【００２４】
図４に示すように、制御サイクル（４）では（ｃ）が（ａ）以下であるため、前々回と直前のパルスＡ,Ｂの間隔（ａ）（ｂ）を用いて、（ａ＋ｂ）／２＝（２＋４）／２＝３ｍｓなるパルス平均値（補間値）が算出される。次の制御サイクル（５）では、（ｃ）が（ａ）を超えているので、パルスＢの間隔（ｂ）と最新パルス経過時間（ｃ）を用いて、（ｂ＋ｃ）／２＝（４＋４）／２＝４ｍｓなる補間値を算出する。以下、制御サイクル（６）,（７）も同様に、（ｃ）が（ａ）を超えているので、（ｂ＋ｃ）／２＝（４＋６）／２＝５ｍｓ，（４＋８）／２＝６ｍｓなる補間値が算出される。
【００２５】
このようにしてパルス平均値を算出した後、ステップＳ６に進み、モータパルスを用いてモータ回転周波数が算出される。次に、Ｓ６にて検出したモータ回転数に基づき、供給電力算出部１４にて、ＰＩＤ制御方式に基づき制御Duty値（Duty（１））を算出する（ステップＳ７）。Duty（１）を算出した後、ステップＳ８に進んで電源電圧値を検出する。モータ回転数と電圧値を取得した後、ステップＳ９に進み、制御マップ１５を参照して、モータ回転数と電圧値から、ロック時に印加可能なＰＷＭ Dutyの許容値を示すMax.Duty値（制限電流値）を算出する。
【００２６】
ステップＳ９にてMax.Duty値を算出した後、ステップＳ１０に進み、ステップＳ７にて求めた制御Duty値（Duty（１））と、Max.Duty値とを比較する。Duty（１）がMax.Duty値以下の場合には、モータロックのおそれはなく、Duty値を抑制する必要はない。従って、通常の駆動制御を行うべく、ステップＳ１１に進みそのままDuty（１）を出力Duty値に設定し、ステップＳ１３にてその値をモータ駆動制御部６から駆動出力回路７に出力してルーチンを抜ける。
【００２７】
これに対し、Duty（１）がMax.Duty値を超えている場合には、モータロックのおそれがあり、このDuty（１）をそのまま出力すると、電流値が過剰となり減磁等の弊害が生じるおそれがある。このため、ステップＳ１２に進み、電流値を制限すべくMax.Duty値を出力Duty値として設定し、Duty値を抑制する。そして、ステップＳ１３に進み、Max.Duty値を出力しルーチンを抜ける。これにより、減速時にはＰＷＭ Dutyが所定値（Max.Duty値）以下に抑制される。なお、この状態が所定時間連続する場合には、モータを停止させ、モータロック時の過剰電流を防止しても良い。
【００２８】
ここで、図６,７の従前の制御形態では、ステップＳ３に相当する処理において直前パルスＢの時間長（ｂ）と最新パルス経過時間（ｃ）を比較している。モータロック時はモータ回転数が低下する状況にあり、（ｂ）と（ａ）では、時間的に後に出力される直前パルスＢの時間長（ｂ）の方が長くなる（（ｂ）＞（ａ））。従って、比較対象信号の時間長が短い図２の制御形態の方が、従来の制御システムに比して（ｂ）−（ａ）分だけ早いタイミングで補間値演算に入る。図４と図７を比較すれば明らかなように、従来の制御システムでは、制御サイクル（５）までは（ａ）（ｂ）の平均値となるため、補間値から回転数の低下は認識できない。これに対し、図２の制御形態では、制御サイクル（５）では既に（ｂ）（ｃ）の平均値となり、図８の予測処理と同様に、制御サイクル（５）の時点で回転数の変化を捉えることができ、低速域での速度変化にいち早く反応できる。
【００２９】
一方、図２の制御形態にあっては、制御サイクル（１４）（１５）時は共に補間値が１１となっており、図８の予測処理と異なり、補間値の大小が前後することがない。すなわち、図２の制御形態によれば、補間値が滑らかに増加し、図８の予測処理のような「はみ出し」は生じない。図５は各制御形態における補間値を示す説明図であり、本図から明らかなように、従来の制御処理では図中Ｐ部にて遅れが生じ、予測処理では図中Ｑ部にて「はみ出し」が生じるが、当該制御形態では、遅れも「はみ出し」も生じない。
【００３０】
従って、本発明の制御システムによれば、補間値の「はみ出し」が生じることなく、従来の制御システムよりも早く低速域でのモータ速度変化を検出でき、円滑な補間値演算と迅速かつ正確なロック判断とを両立することが可能となる。このため、本発明の制御システムでは、ロック時における電流制限（ステップＳ１２）を開始するタイミングをぎりぎりまで遅らせることができ、過負荷状態に強い制御形態を実現できる。
【００３１】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、本発明を自動車のワイパシステム用モータに適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、窓やドアを駆動するモータ、或いは他の車載モータや、寒冷地にて使用されるポンプ等に使用されるモータなど、種々のモータに適用可能である。また、制御サイクルや各パルスの時間長など、前述実施例にて挙げた数値はあくまでも一例であり、本発明がこれらの数値に限定されないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例であるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御システムにおけるモータ制御処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図２の制御処理におけるパルス平均値算出方式の一例を示す説明図である。
【図４】図３の方式におけるパルス平均値の算出結果を示す表である。
【図５】各制御形態における補間値を示す説明図である。
【図６】モータパルスに基づいて速度制御を行うモータ制御システムにおけるパルス平均値算出方式の一例を示す説明図である。
【図７】図６の方式におけるパルス平均値の算出結果を示す表である。
【図８】予測処理におけるパルス平均値の算出結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３３】
１    モータ
２    バッテリ
３    ＣＰＵ
４    パルス信号発生手段
５    ＲＯＭ
６    モータ駆動制御部
７    駆動出力回路
８    パルス検出部
９    記憶手段
１１    最新パルス信号経過時間検出手段
１２    パルス比較部
１３    パルス平均値算出部
１４    供給電力算出部
１５    制御マップ
Ａ      前々回パルス
Ｂ      直前パルス
Ｃ      最新パルス
Ｄ      次のパルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007135257.tif 000008
【図７】
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【図８】
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